提高数控机床使用效率的方法

庹海涛 王军

摘要：随着科技的进步，数控机床在机加工行业的使用越来越普及，本文通过生产组织、加工方法阐述了提高加工中心使用效率的方法。

关键词：数控机床、管理、加工路线、质量、效率

随着科技的不断发展，数控机床在逐渐增加，如何用好数控机床，特别是如何提高数控机床的使用效率，在生产中显得尤为重要。下面就我个人从事数控机床工作的一点经验，从生产组织和技术的角度谈谈提高数控机床使用效率的一点体会。

一、设置专人进行管理：

目前，許多公司都有大量的数控设备，少则十几台，多则几百台，而这些机床的使用的效率的高低主要取决于数控机床操作人员。多数情况下，1名操作工操作多台数控机床，这样机床加工过程中出现问题后，白班由较为熟悉的操作人员（主要是班长）进行处理，问题解决较快，对生产影响较小，有时由操作工自己进行处理，此时操作工操作的其它机床都有可能停止工作，而且操作工的素质参差不齐，问题解决快慢不一样，这样对生产影响就较大，甚至产生大量废品。因此每班配备1-2名编程人员，主要处理机床加工中出现的问题，另外作一些辅助性的工作，如传输程序、更换工装，对更换加工零件的机床进行调试。这样，操作人员只操作机床，即可提高机床的使用效率，又能减少零件加工过程中的废品。

二、减少更换工装的频次：

要提高机床的使用效率，就要尽量减少工装的切换次数。对于长线产品，加工时可以考虑把两、三个月的产品数量集中到一起进行加工，这样就减少了更换工装的频次，提高了加工中心的使用效率。

三、合理安排机床操作人员操作机床的数量：

现在，许多公司加工中心的机床操作人员在工作时，一般操作3台或4台机床，对加工路线较长的产品，满足使用要求。对于加工路线较短的产品，一个人操作3台或4台机床就忙不过来，降低了机床的使用效率。因此，根据工件的加工节拍，合理安排每名操作人员操作机床的数量，能在一定程度上提高加工中心的使用效率。

四、变通首件定型的模式：

现在，加工中心上生产的产品都需要首件定型，而大部分零件都是依靠三坐标测量机进行定型的，这样每次产品定型时都要排队，有时要用一、两个小时才能定型完产品，这样有许多机床都停在那里等待，浪费很大。可否变通首件定型的模式，对每台机床规定一个定型时间，如一部分机床定型放在8：00至8：30，一部分机床定型放在8：30至9：00，让部分机床的定型时间错开，这样可减少等待时间，提高机床的使用效率。

五、提高工件切削效率：

1、合理选择切削用量：

当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。

实践证明，当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积（材料切除率Q）。

2、选择性能好的刀具材料

在数控机床切削加工中，金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处理等），并不易变形。目前国内外性能好的刀具材料主要有：金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（CBN）刀具等。

此外，刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量有很大影响，高速切削时的刀具前角一般比普通切削时小10°，后角大5°～8°。为防止刀尖处的热磨损，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以增大局部刀尖角，增大刀尖附近切削刃的长度和刀具材料体积，以提高刀具刚性和减少刀具破损率。

3、加快涂层技术的开发

刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初，涂层刀具的比例将进一步增加，有望在技术上突破CBN涂层技术，使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用（包括精密复杂刀具和成形刀具），这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外，纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快，涂层将成为改善刀具性能的主要途径。

4、选择高精度刀片

高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2～5μm。随着数控机床的发展，相应出现刀片的表面改性涂层处理（基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷），很大程度上提高了刀片精度。

5、提高加工表面质量

在保持相同的切削效率（即相同Q值）下，提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼，抑制颤振，相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度，改善表面粗糙度，从而有利于精密零件和模具的加工。

6、建立合理的刀具储备

如果平常一把刀具也不储备，或储备数量太少，很快就用完了，而新刀具一时又买不到，这样必然会影响数控加工的效率。因此需要根据公司生产的实际情况，建立合理的刀具储备。

7、设计简易的磨刀夹具

机夹铣刀盘效率高，使用方便，深受操作者欢迎，但刀片消耗量大，使用成本高，而且多数情况下刀片的损坏是由于刃口磨损造成的，因此刀片的重磨再利用对公司来说可获得较高经济效益。

8、加工方式的选择

加工方式可分为顺铣与逆铣两种。而加工中心的机械传动系统和结构本身就有较高的精度和刚度，相对运动面的摩擦系数小，传动部件的间隙小，运动惯量小，并有适当的阻尼比，因此可以采用顺铣的方式加工，以提高加工效率。

9、选择合理的加工路线

确定正确简洁的加工路线，是保证加工质量和提高效率的基础。编程时确定加工路线的原则主要有：应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间;应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

10、工件装夹的选择

首先，应尽量采用组合夹具，由于通用夹具的柔性差、定位精度相对较低，当产品批量比较大、加工精度要求高时可以设计专用夹具。其次，在选择工装时应有利于刀具交换和在线测量，避免发生碰撞干涉。

11、加工中心的辅助设备要配套

在加工中心采用如刀具预调仪，自动测量装置，精密的检测仪等测量装置。采用自动测量装置时，操作员无须对零件的定位保证非常精准，也不需要操作员时刻移动和调节零件以配合加工程序的某些固定坐标系，可以减少装夹时间。借助测量，原来包括装夹时间在内需要2.5小时的一个工序降低到了1.5小时。此外，这些测量装置的应用还可以降低加工误差。

12、操作人员技能与知识培训

建立一套完善的培训体系，编写适应现代切削加工技术发展的新教材，加强技术人员对理论知识的学习，加强企业内部和外部的技术交流是十分必要的。

以上是自己对数控加工中心提高加工效率的一点认识，写出来与大家探讨，希望能通过大家共同的努力，能进一步提高数控加工中心的加工效率。

参考文献：

⑴数控机床使用技术

⑵数控机床编程

⑶数控机床夹具的使用